Phasenzustand

Phasenzustand bezeichnet in der Thermodynamik und Physik den makroskopischen Zustand eines Stoffes, der durch seine charakteristischen Eigenschaften wie Dichte, Struktur und Ordnung festgelegt wird. Üblicherweise unterscheidet man die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig; in vielen Bereichen spielen außerdem Plasmen, superkritische Fluide oder verschiedene Festkörperphasen eine Rolle. Der Phasenzustand ergibt sich aus Temperatur und Druck und lässt sich in Phasendiagrammen visualisieren, in denen Grenzlinien zwischen den Phasen die Phasenwechsel markieren (Schmelzen, Erstarren; Verdampfen, Kondensation; Sublimation). Am Schnittpunkt dieser Linien liegen der Tripelpunkt und am Ende der Linie der kritische Punkt.

In einem gegebenen Zustand bildet das System meist einen homogenen Phasenraum, während Phasenübergänge durch Latentwärme und Änderung der Ordnung beschreibbar sind. In der Festkörper- und Kondensationsphysik können zusätzlich verschiedene geordnete Phasen auftreten, wie kristalline oder magnetische Phasen; deren Übergänge werden durch Ordnungparameter, Symmetrieänderungen und oft durch die Gibbs-Phasenregel beschrieben.

Typische Beispiele: Wasser ist bei Normaldruck fest bei unter 0 °C, flüssig zwischen 0 °C und 100 °C und gasförmig darüber; Kohlendioxid sublimiert bei Raumtemperatur direkt von fest zu gasförmig; superkritische Fluide treten auf, wenn Druck und Temperatur jenseits des kritischen Punkts liegen. In der Materialwissenschaft spielen auch metastabile Phasen eine Rolle.

Das Konzept des Phasenzustands ist zentral in Chemie, Physik, Geowissenschaften und Materialtechnik, da es Vorhersagen über Stabilität, Reaktivität und Eigenschaften von Stoffen ermöglicht.